Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lưu hóa đến tính năng của hỗn hợp cao su thiên nhiên dùng trong mặt lốp ô tô và cán tráng vải mành thép tại Công ty Cổ Phần Cao Su Đà Nẵng

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lưu hóa đến tính năng của hỗn hợp cao su thiên nhiên dùng trong mặt lốp ô tô và cán tráng vải mành thép tại Công ty Cổ Phần Cao Su Đà Nẵng Cao su thiên nhiên là một polymer thiên nhiên được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực cả trong đời sống và trong công nghiệp. Cao su thiên nhiên có ứng dụng rỗng rãi như vậy là do có những tính chất: độ bền cơ học cao, khả năng đàn hồi tốt, dễ dàng phối trộn với các loại chất độn và chất phối hợp trên máy luyện kín hoặc luyện hở. Hợp phần cao su thiên nhiên có độ bền kết dính nội cao, khả năng cán tráng, ép phun tốt, mức độ co ngót sản phẩm nhỏ. Cao su thiên nhiên có thể trộn hợp với các loại cao su không phân cực khác theo bất lỳ tỷ lệ nào. Tuy nhiên cao su thiên nhiên lại có những nhược điểm: kém bền dầu mỡ, kém bền nhiệt, độ bền môi trường kém, độ bền mài mòn thấp

Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lưu hóa đến tính năng của hỗnhợp cao su thiên nhiên dùng trong mặt lốp ô tô và cán tráng vải mành thép tại Công ty

KHOA HÓA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Văn Thị Phương Dung Số thẻ sinh viên 107140007

1 Tên đề tài đồ án:

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lưu hóa đến tính năng của hỗn hợp cao suthiên nhiên dùng trong mặt lốp ô tô và cán tráng vải mành thép tại Công ty Cổ PhầnCao Su Đà Nẵng

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thựchiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

- Tổng quan về lý thuyết lưu hóa cao su

- Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ lưu hóa đến tính năng của hỗn hợp cao suthiên nhiên dùng trong mặt lốp ô tô và cán tráng vải mành thép

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Bao gồm các phần chính: Lý thuyết tổng quan, Nguyên liệu và phương phápnghiên cứu, Kết quả và thảo luân và Kết luận

5 Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

6 Họ tên người hướng dẫn:

Họ tên người hướng dẫn: Phần/ Nội dung:

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 10/02/2019

8 Ngày hoàn thành đồ án: 30/05/2019

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019

Sau một thời gian học tập ở trường, để nâng cao kiến thức thực tế và củng cóthêm kiến thức đã học từ lý thuyết trước khi hoàn thành khóa học Được sự phân côngcủa Nhà Trường và sự đồng ý của Công ty cổ phần Cao su Đà Nẵng, em đã được làm

Đồ án tốt nghiệp tại Xí nghiệp Cán – Luyện Nhờ sự giúp đỡ tận tình của cán bộ kỹthuật, công nhân nhà máy đã giúp em hiểu rõ hơn dây chuyền sản xuất của nhà máy,quy trình vận hành cũng như các vấn đề an toàn lao động trong sản xuất Tuy nhiên,

do khả năng còn hạn chế nên còn nhiều thiếu sót, mong các thầy cô thông cảm vàđóng góp những ý kiến quí báu để em rút kinh nghiệm

Em chân thành cảm ơn cô ThS Phan Thị Thúy Hằng và anh Huỳnh Ngọc Ngãi

đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc Công ty Cổ Phần Cao Su Đà Nẵng,Giám đốc Xí Nghiệp Cán Luyện đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi để em làm Đồ

án tốt nghiệp tại Xí nghiệp; đồng thời, gửi lời cám ơn đến cán bộ kỹ thuật và côngnhân Xí nghiệp Cán Luyện và Phòng thử nghiệp đã giúp đỡ em trong quá trình làm Đồ

án tốt nghiệp

Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong Khoa Hóa - Ngành Công nghệ Vậtliệu Polymer, Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng đã tận tình truyền đạt kiến thứctrong 5 năm học tập Vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nềntảng cho quá trình nghiên cứu đồ án mà còn là hành trang quí báu để em bước vào đờimột cách vững chắc và tự tin

Cuối cùng em kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe và thành công trong

sự nghiệp cao quý Đồng kính chúc các Cô, Chú, Anh, Chị trong Xí Nghiệp CánLuyện luôn dồi dào sức khỏe, đạt được nhiều thành công trong công việc

Đà Nẵng, ngày 30 tháng 5 năm 2019

Sinh viên thực hiện Văn Thị Phương Dung

Tôi: Văn Thị Phương Dung xin cam đoan:

- Đồ án tốt nghiệp là thành quả từ sự nghiên cứu hoàn toàn thực tế trên cơ sởcác số liệu thực tế và được thực hiện theo hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn

- Đồ án được thực hiện hoàn toàn mới, là thành quả của riêng tôi, không saochép theo bất cứ đồ án tương tự nào

- Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn tài liệutrong báo cáo và danh mục tài liệu tham khảo

- Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế của nhà trường, tôi xin hoàn toànchịu trách nhiệm

Đà Nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2019

Sinh viên thực hiện Văn Thị Phương Dung

TÓM TẮT

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH ẢNH vii

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Phân loại cao su 3

1.2 Cao su thiên nhiên 4

1.2.1 Lịch sử phát triển 4

1.2.2 Cấu tạo hóa học 5

1.2.3 Tinh chất vật lý 5

1.2.4 Tính chất công nghệ 6

1.2.5 Tính chất cơ lý 6

1.2.6 Tính năng lực học của cao su thiên nhiên 7

1.2.6.1 Đàn tính 7

1.2.6.2 Cường lực 7

1.2.7 Ứng dụng 7

1.3 Cao su tổng hợp 8

1.4 Các chất phối hợp trong cao su 9

1.4.1 Chất lưu hóa 9

1.4.1.1 Lưu huỳnh 9

1.4.1.2 Các chất lưu hóa khác 9

1.4.3 Chất trợ xúc tiến 11

1.4.4 Chất hãm lưu 11

1.4.5 Chất độn 12

1.4.5.1 Vai trò và đặc điểm chung 12

1.4.5.3 Phân loại 12

1.4.6 Chất phòng lão 13

1.4.7 Chất làm mềm, hóa dẻo 13

1.4.8 Chất tạo màu 13

1.4.9 Chất chống dính, cách ly 13

1.4.10 Chất tăng dính 14

1.5 Lưu hóa cao su 14

1.5.1 Đặc tính lý thuyết lưu hóa 14

2.5.1.1 Giai đoạn khởi đầu 14

1.5.1.2 Giai đoạn lưu hóa tối ưu 14

1.5.1.3 Giai đoạn quá lưu 15

1.5.2 Vận tốc lưu hóa 15

1.5.2.1 Mở đầu 15

1.5.2.2 Sự phụ thuộc vận tốc lưu hóa vào nhiệt độ 16

1.5.3 Sự thay đổi tính chất của hợp phần cao su trong quá trình lưu hóa [2] 17

1.5.3.1 Modul 17

1.5.3.2 Độ cứng 17

1.5.3.3 Độ bền kéo đứt 17

1.5.3.4 Biến dạng dãn dài tương đối, biến dạng dư 18

1.5.3.5 Đàn tính 18

1.5.4 Sự phụ thuộc tính chất cao su lưu hóa vào cầu trúc cầu nối mạng lưới không gian 18

1.6 Công nghệ luyện cao su 19

1.6.1 Lý thuyết luyện cao su 19

1.7.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất lốp xe máy 22

Chương 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 24

2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất và thiết bị 24

2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất 24

2.1.2 Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu 24

2.2 Phương pháp nghiên cứu 25

2.2.1 Luyện hợp phần cao su 25

2.2.2 Lưu hóa mẫu 27

2.2.3 Phương pháp khảo sát tính lưu biến của vật liệu 28

2.2.4 Phương pháp xác định tính chất cơ lý của vật liệu cao su sau lưu hóa 29

2.2.4.1 Phương pháp xác định độ cứng của vật liệu 29

2.2.4.2 Phương pháp đo độ mài mòn của vật liệu 29

2.2.4.3 Phương pháp xác đính độ bền kéo đứt của vật liệu 30

2.2.4.4 Phương pháp xác định độ bền xé rách của vật liệu 31

2.2.4.5 Phương pháp đo độ bám dính giữa cao su lưu hóa với sợi kim loại 32

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lưu hóa của các hợp phần cao su 33

3.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lưu hóa của cao su mặt lốp 33

3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lưu hóa của cao su tráng mành thép 35

3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lưu hóa đến tính năng cơ lý của cao su thành phẩm 37

3.2.1.Ảnh hưởng của nhiệt độ lưu hóa đến tính năng cơ lý của cao su mặt lốp ML 37

3.2.1.1 Modul 100, modul 300 và độ cứng 37

3.2.1.2 Độ bền mài mòn 38

3.2.1.4 Độ dãn dài khi đứt 39

3.2.1.5 Độ bền xé rách 40

3.2.2.1 Modul 100, modul 300 và độ cứng 41

3.2.2.2 Cường lực 42

3.2.2.3 Độ dãn dài khi đứt 43

3.2.2.4 Độ bền xé rách 43

3.2.2.5 Sức dính giữa cao su lưu hóa với sợi kim loại 44

3.3 Khảo sát tính năng cơ lý của cao su mặt lốp và cao su tráng mành thép đang sử dụng tại Công ty cao su Đà Nẵng 45

3.3.1 Cao su mặt lốp ML 45

3.3.2 Cao su tráng mành thép VM 45

3.4 Thảo luận kết quả 45

KẾT LUẬN 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHỤ LỤC 1 49

PHỤ LỤC 2 54

PHỤ LỤC 3 55

BẢNG 1.2 Thành phần tiêu chuẩn để xác định tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên 6

BẢNG 2.1 Thành phần và phần khối lượng của cao su mặt lốp 25

BẢNG 2.2 Thành phần và phần khối lượng của cao su mặt lốp 25

BẢNG 3.1 Ts1, T’90, T’100, MH của cao su ML 33

BẢNG 3.2 Điều kiện lưu hóa mẫu thí nghiệm ML 34

BẢNG 3.3 Ts1, T’90, T’100, MH của VM 35

BẢNG 3.4 Điều kiện lưu hóa mẫu thí nghiệm VM 36

BẢNG 3.5 Điều kiện lưu hóa mẫu thí nghiệm VM 37

BẢNG 3.6 Số liệu thu được khi kiểm tra cơ lý của các mẫu cao su ML lưu hóa ở nhiệt độ 130℃ đến 170℃ 37

BẢNG 3.7 Số liệu thu được khi kiểm tra cơ lý của các mẫu ML lưu hóa ở nhiệt độ 130℃ đến 170℃ 41

BẢNG 3.8 Tính năng cơ lý của cao su mặt lốp đang sử dụng tại Công ty cao su Đà Nẵng 45

BẢNG 3.9 Tính năng cơ lý của cao su vải mành đang sử dụng tại Công ty cao su Đà Nẵng 45

Y HÌNH 1.1 Sơ đồ giai đoạn I quy trình luyện cao su 19

HÌNH 1.2 Sơ đồ giai đoạn II quy trình luyện cao su 20

HÌNH 1.3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất lốp xe máy 22

HÌNH 2.1 Sơ đồ quy trình luyện mẫu cao su giai đoạn 1 26

HÌNH 2.2 Sơ đồ quy trình luyện mẫu cao su giai đoạn 2 26

HÌNH 2.3 Sơ đồ quy trình luyện mẫu cao su giai đoạn cuối 27

HÌNH 2.4 Máy ép thủy lực có gia nhiệt 27

HÌNH 2.5 Các thông số trên đường cong lưu hóa 28

HÌNH 2.6 Thiết bị đo độ cứng Shore A 29

HÌNH 2.7 Thiết bị đo độ mài mòn và mẫu cao su hình chữ nhật theo phương pháp Acron 29

HÌNH 2.8 Máy kéo mẫu và mẫu quả tạ 30

HÌNH 2.10 Máy kéo mẫu và mẫu đo độ bền xé rách 31

HÌNH 2.11 Mẫu đo độ bền xé rách 31

HÌNH 2.12 Máy kéo mẫu và mẫu đo sức dính giữa cao su và sợi kim loại 32

HÌNH 3.1 Kết quả khảo sát đường cong lưu hóa của cao su ML 33

HÌNH 3.2 Thời gian lưu hóa tối ưu của cao su ML 34

HÌNH 3.3 Momen xoắn cực đại của cao su ML 34

HÌNH 3.4 Kết quả khảo sát đường cong lưu hóa của cao su VM 35

HÌNH 3.5 Thời gian lưu hóa tối ưu của cao su VM 36

HÌNH 3.6 Momen xoắn cực đại MH của hai loại compound sử dụng cao su thiên nhiên 36

HÌNH 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến modul 100 và modul 300 của cao su ML 37

HÌNH 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến độ cứng của cao su ML 38

HÌNH 3.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến cường lực của cao su ML 39

HÌNH 3.11 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến độ dãn dài khi đứt của cao su ML 40

HÌNH 3.12 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến độ bền xé rách của cao su ML 40

HÌNH 3.13 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến modul 100 và modul 300 của cao su VM 41

HÌNH 3.14 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến độ cứng của cao su VM 42

HÌNH 3.15 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến cường lực của cao su VM 42

HÌNH 3.16 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến độ dãn dài khi đứt của cao su VM 43

HÌNH 3.17 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến độ bền xé rách của cao su VM 44

CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Cao su thiên nhiên là một polymer thiên nhiên được ứng dụng phổ biến trongnhiều lĩnh vực cả trong đời sống và trong công nghiệp Cao su thiên nhiên có ứng dụngrỗng rãi như vậy là do có những tính chất: độ bền cơ học cao, khả năng đàn hồi tốt, dễdàng phối trộn với các loại chất độn và chất phối hợp trên máy luyện kín hoặc luyện

hở Hợp phần cao su thiên nhiên có độ bền kết dính nội cao, khả năng cán tráng, épphun tốt, mức độ co ngót sản phẩm nhỏ Cao su thiên nhiên có thể trộn hợp với cácloại cao su không phân cực khác theo bất lỳ tỷ lệ nào Tuy nhiên cao su thiên nhiên lại

có những nhược điểm: kém bền dầu mỡ, kém bền nhiệt, độ bền môi trường kém, độbền mài mòn thấp

Hiện nay, nhiều loại cao su tổng hợp đã được nghiên cứu sản xuất với nhữngtính chất đặc biệt riêng cho từng loại Các loại cao su tổng hợp này có thể khắc phụcđược một số nhược điểm của cao su thiên nhiên, qua đó làm tăng độ bền môi trường,

độ bền nhiệt, độ bền mài mòn, cũng như làm giảm tác động của quá trình lão hóa đếntính chất của vật liệu cao su,… Tuy nhiên các loại cao su tổng hợp thường có giá thànhrất cao và một số có tính chất cơ học không cao

Cao su thiên nhiên luôn được chọn lựa để ứng dụng trong các sản phẩm có yêucầu về độ dẻo dai, độ bền, độ kết dính Tuy nhiên do có độ bền nhiệt thấp, vì vậy cácsản phẩm sử dụng cao su thiên nhiên luôn được không chế ở nhiệt độ lưu hóa thấp.Ngày nay với sự cạnh tranh về giá thành sản phẩm, các công ty có xu hướng nâng dầnnhiệt độ lưu hóa để tăng năng suất nhằm cân đối giữa giá thành và chất lượng sản

phẩm Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lưu hóa đến tính

năng của hỗn hợp cao su thiên nhiên dùng trong mặt lốp ô tô và cán tráng vải mành thép tại Công ty Cổ Phần Cao Su Đà Nẵng” có ý nghiã thiết thực, giải quyết

được bài toán đặt ra là khi nâng nhiệt độ lưu hóa lên 1 mức nào đó thì tính năng cơ lýsản phẩm cao su giảm bao nhiêu phần trăm, từ đó chọn chế độ lưu hóa cân bằng giữatính năng cơ lý và năng suất

2 Mục tiêu đề tài

- Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến tính năng cơ lý củahỗn hợp cao su thiên nhên dùng trong mặt lốp ô tô và cán tráng vải mành thép tại Công

ty Cổ Phần Cao Su Đà Nẵng

3 Nội dung đề tài

- Tìm hiểu về quy trình sản xuất bán thành phẩm và quy trình sản xuất lốp ô tô.

- Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến tính năng cơ lý củahỗn hợp sử dụng cao su thiên nhiên Ở đây chọn hai hỗn hợp chính là cao su mặt lốp(ML) và cao su cán tráng vải mành thép (VM) trên cơ sở đơn pha chế tại Công ty cổphần cao su Đà Nẵng, có thay đổi một số thành phần cho phù hợp với điều kiện thínghiệm.

Cao su nguyên vật liệu

Cao su butadien (BR) Cao su butadien styren (SBR) Cao su isopren (IR) Cao su butadien nitril (NBR) Cao su clopren (CR) Cao su butyl (IIR) Cao su etylen propylen (EPDM) Cao su flo (FPM) Cao su silicon (Q) Cao su uretan (PU, PUR) Cao su polyete (CO, ECO,…) Cao su closulfonat polyetylen Cao su acrylat (ACM) Cao cloruanat polyetylen (CPE)

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Phân loại cao su

Hiện nay có rất nhiều phương pháp phân loại cao su, trong đó chủ yếu thường

sử dụng là phương pháp phân loại dựa theo nguồn gốc và lĩnh vực sử dụng và phương

pháp phân loại dựa theo cấu tạo hoá học của cao su [2]

Phân loại dựa theo nguồn gốc và lĩnh vực sử dụng, cao su được chia ra như sau:

Cao su nguyên vật liệu

Cao su không bão hoà, không phân cực: NR, BR, SBR, IR Cao su không bão hoà, phân cực: NBR, CR Cao su bão hoà, không phân cực: IIR, EPM, EPDM Cao su không bão hoà, không phân cực: FPM, ACM, ANM,… Cao su silicon (Q) Cao su polyete (CO, ECO,…) Cao su uretan (PU, PUR)….Phân loại theo cấu tạo hóa học, cao su được chia ra như sau:

1.2 Cao su thiên nhiên

1.2.1 Lịch sử phát triển

Cao su thiên nhiên được loài người phát hiện và sử dụng vào nữa cuối thế kỷ

XVI ở Nam Mỹ Đến năm 1839 khi loài người phát minh được quá trình lưu hóa

chuyển cao su từ trạng thái chảy nhớt sang trạng thái đàn hồi cao bền vững, lượng cao

su thiên nhiên được sử dụng để sản xuất ra các sản phẩm tăng đáng kể Trong nhữngnăm gần đây, mặc dù đã tổng hợp được rất nhiều loại cao su nhưng sản lượng sản xuất

và sử dụng cao su thiên nhiên vẫn tăng đáng kể

Ngày nay, cao su thiên nhiên được trồng nhiều ở Ấn Độ, Malaysia, Indonesia,Thái Lan, Việt Nam,

Sản lượng cao su thiên nhiên trên thế giới trong thời gian gần đây được thể hiện

ở bảng 1.1 [2]

Bảng 1.1 Sản lượng cao su thiên nhiên trên thế giới

(triệu tấn)

Tiêu thụ(triệu tấn)

1.2.2 Cấu tạo hóa học

Cao su thiên nhiên là polyisopren gồm các mắt xích isopren Mạch đại phân tửhình thành từ đồng phân cis của các mắt xích isopren liên kết với nhau ở vị trí 1,4

Ngoài đồng phân cis 1,4-isopren trong cao su thiên nhiên còn khoảng 2% cácmắc xích isopren tham gia hình thành mạch đại phân tử ở vị trí 3,4 [2]

1.2.3 Tinh chất vật lý

Cao su thiên nhiên ở nhiệt độ thấp có cấu trúc tinh thể Vận tốc kết tinh lớn nhấtđược xác định ở nhiệt độ -25°C Cao su thiên nhiên kết tinh có biểu hiện rõ ràng lên bềmặt: độ cứng tăng, bề mặt vật liệu mờ (không trong suốt) Cao su thiên nhiên tinh thểnóng chảy ở nhiệt độ 40°C Quá trình nóng chảy các cấu trúc của tinh thể cao su thiênnhiên xảy racùng với hiện tượng hấp thụ nhiệt [1]

Cao su thiên nhiên được đặc trưng bằng các tính chất vật lý sau:

- Khối lượng riêng: 913Kg/m3

- Nhiệt độ hóa thủy tinh: -70°C

- Hệ số giãn nở thể tích: 656.10-4dm3/°C

- Tang của góc tổn thất điện môi: 1,6.10-3

PRI được đánh giá bằng tỷ số ( tính bằng phần trăm) độ dẻo của cao su đượcxác định sau 30 phút đốt nóng ở 140°C so với độ dẻo ban đầu Hệ số ổn định PRI cànglớn thì vận tốc hóa dẻo của cao su đó càng nhỏ, có nghĩa là khả năng chống lão hóacàng tốt.

Cao su thiên nhiên có khả năng phối trộn tốt với các loại chất độn và các chấtphối hợp trên máy luyện kín hoặc luyện hở Hợp phần trên cơ sở cao su thiên nhiên có

độ bền kết dính nội cao, khả năng cán tráng, ép phun tốt, mức độ co ngót sản phẩmnhỏ Cao su thiên nhên có thể trộn hợp với casc loại cao su không phân cực khác (cao

su polyisopren, cao su butadien, cao su butyl) với bất kỳ tỷ lệ nào [1]

1.2.5 Tính chất cơ lý

Cao su thiên nhiên có khả năng lưu hoán bằng lưu huỳnh phôi hợp vớicác loại xúc tiến lưu hóa thông dụng Tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên được xácđịnh dựa theo tính chất cơ lý của hợp phần cao su tiêu chuẩn

Bảng 1.2 Thành phần tiêu chuẩn để xác định tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên

Thứ nhất, thềm thế năng quay thấp, ví dụ liên kết đôi trong

với liên kết đôi có thềm thế năng quay chỉ có 2.07kJ/mol, có thể xoay tự do quanh liênkết C-C

Thứ hai, trên mạch đại phân tử, cứ mỗi 4 nguyên tử cacbon lại có một nhóm thếmetyl, mật độ nhóm thế không lớn, không kín

Thứ ba, lực tác dụng tương hỗ giữa các phân tử không lớn, mật độ năng lượng cốkết chỉ có 266.2mJ/mol Sự chuyển động giữa các phân tử với nhau ít bị ràng buộc [2]

1.2.6.2 Cường lực

Cao su thiên nhiên có cường lực kéo đứt và cường lực xé rách cao Cường lựccủa cao su thiên nhiên lưu hoá khi không có chất bổ cường có thể đạt 17 – 25Mpa, khi

có chất bổ cường có thể lên đến 25 – 35MPa, lực xé rácch đạt 98kN/m [2]

Có một điều đặc biệt là cường lực của cao su thiên nhiên chưa lưu hóa cũng caohơn cao su tổng hợp rất nhiều Cường lực cao su chưa lưu hóa có một ý nghĩa rất quantrọng trong quá trình gia công cao su Ví dụ, trong lúc thành hình lốp xe, cao su chịumột lực tác dụng khá lớn, nếu cao su có cường lực kéo đứt thấp, dễ bị đứt sẽ rất khóthành hình [2]

1.2.7 Ứng dụng

Do các đặc điểm, tính chất của cao su thiên nhiên, nó có khả năng ứng dụng khárộng rãi trong các lĩnh vực đời sống, kinh tế và kỹ thuật

Trong đời sống, cao su thiên nhiên có thể sử dụng chế tạo các sản phẩm cao su

kỹ thuật có yêu cầu tính năng cơ lý cao làm việc trong môi trường ôn hòa, không bị tácđộng trực tiếp của các loại hóa chất, xăng, dầu, ozon Mặt khác do ưu điểm nổi bật củacao su thiên nhiên là không độc cho nên có thể sử dụng để chế tạo các chi tiết, dụng cụdùng trong y dược và công nghiệp thực phẩm

Mặc dù tính năng lý cao, nhưng việc ứng dụng cao su thiên nhiên trong kỹ thuậtcòn hạn chế Do vậy cần phải nghiên cứu cải thiệ các tính năng cơ lý, kỹ thuật và mởrộng khả năng ứng dụng của vật liệu này trong kỹ thuật

Từ những tính chất của cao su thiên nhiên ta có thể thấy cao su thiên nhiên có

độ bền nhiệt kém, vì vậy các sản phẩm các sản phẩm sử dụng cao su thiên nhiên luônđược khống chế ở nhiệt độ lưu hóa thấp Để cân bằng giữa tính năng cơ lý và năngxuất sản xuất các sản phẩm sử dụng cao su thiên nhiên, em sẽ khảo sát tính năng cơ lýtheo nhiệt độ lưu hóa của compound sử dụng cao su thiên nhiên

1.3 Cao su tổng hợp

Cao su Butadien (BR): Tính chất nổi bật của cao su BR là khả năng chống màimòn cao do đó được phối hợp các loại cao su khác để tăng độ màu mòn, chịu ép nénlớn, sử dụng làm cao su mặt chạy [1]

Cao su Butadien – Styren (SBR): Có khả năng chống mài mòn và xé rách tốtnên thường dùng trong cao su mặt chạy cho các lốp xe tải nhẹ, xe du lich Tính đàn hồithấp nên khi uốn nén cao su sẽ sinh ra một lượng nhiệt nội cao, điều này hạn chế nóđược ứng dụng vào các loại lốp xe tải nặng Các loại SBR sản xuất trên thị trường córất nhiều loại, ở xí nghiệp cán luyện sử dụng hai loại sau[1]:

- SBR 1502 Cao su không ngậm dầu trùng hợp ở nhiệt độ thấp (màu trắng)

- SBR 1712 Cao su ngậm dầu Aromatic trùng hợp ở nhiệt độ thấp (màu đen)Cao su Nitril (NBR): Được sản xuất từ 2 nguyên liệu chính là: Butadien 1,3 vàAcrylonitryl Cao su NBR có rất nhiều loại, tính chất cơ lý tùy thuộc vào hàm lượngacrylonitril

Cao su Butyl: Cao su Butyl là sản phẩm đồng trùng hợp của isobutylen vàisopren (lượng nhỏ) Tính thấm khí rất nhỏ Độ kín khí của cao su butyl gần nhiều lần

so với cao su thiên nhiên nên ứng dụng lớn nhất là để sản xuất săm xe đạp, xe máy, ô

tô, sản xuất bao hơi lưu hóa

Ngoài ra còn sử dụng casc loại cao su khác như cao su Clo butyl, Brom butyl,cao su EPDM, cao su Neoprene, cao su tái sinh, cao su silicon.

1.4 Các chất phối hợp trong cao su

1.4.1 Chất lưu hóa

Cao su sống có mạch đại phân tử thẳng dễ trượt lên nhau nên tính năng đàn hồi

và tính năng cơ lý thấp Chất lưu hóa là chất dưới điều kiên lưu hóa (áp lực, nhiệt độ)tham gia phản ứng liên kết các mạch cao su để tạo thành mạng lưới không gian, thayđổi tính chất của cao su từ trạng thái biến dạng dẻo, chảy nhớt, độ bền cơ học thấpsang trạng thái biến dạng đàn hồi cao và bề dưới tác dụng của nhiệt độ Quá trình thayđổi tính chát của vật liệu dưới tác dụng của chất lưu hóa được gọi là quá trình lưu hóa

Có nhiều loại chất lưu hóa tùy thuộc vào từng loại cao su, nhưng thông dụngnhất là lưu huỳnh (S), ở DRC chủ yếu sử dụng lưu huỳnh, nhựa alkylphenol/ZnO,nhựa Octylphenolic [4]

1.4.1.1 Lưu huỳnh

1.4.1.1.1 Tính chất chung

Bột lưu huỳnh có màu vàng, dạng tinh thể hình thoi, khối lượng riêng 2,07Kg/cm3 Nhiệt độ nóng chảy là 112°C Hàm lượng lưu huỳnh trong hợp phần cao suthông dụng từ 2 đến 3 phần khối lượng Để sản xuất cao su cứng thì hàm lượng lưuhuỳnh sử dụng nhiều hơn Sự có mặt của lưu huỳnh và các loại xúc tiến lưu hóa tronghợp phần cao su ở nhiệt độ gia công có thể gây ra hiện tượng tự lưu làm giảm tính chấtcông nghệ của vật liệu Vì vậy lưu huỳnh thường được đưa vào hợp phần cao su saucùng, sau khi chất phối hợp đã được luyện đều và hợp phần cao su đã được ổn định [2]

- Sử dụng lượng lưu huỳnh thấp

- Luyện hoặc gia công ở nhiệt độ thấp để giảm lượng S tan trong cao su

- Lưu hóa sản phẩm phải đạt điểm lưu hóa tối ưu

- Sử dụng loại lưu huỳnh không tan

1.4.1.2 Các chất lưu hóa khác

1.4.1.2.1 Các peroxit hữu cơ

Để lưu hóa các loại cao su mà mạch đai phân tử của nó không chứa liên kết đôihoặc chứa rất ít liên kết đôi (cao su silicon, cao su flor, cao su butyl) trong công nghệgia công cao su sử dụng các peroxit hữu cơ làm chất lưu hóa Một số loại peroxit dùng

để lưu hóa cao su thường sử dụng: Peroxit ditretbutyl, peroxit benzoil [2]

Cao su lưu hóa bằng các peroxit thường có độ bền cơ học cao, độ bền nhiệt cao

vì trong quá trình lưu hóa hình thành các liên kết bền nhiệt C-C Sự có mặt của cáchợp chất mang tính axit làm giảm mức độ hoạt động hóa học và khả năng lưu hóa củaperoxit Trong một vài trường hợp các peroxit mất khả năng lưu hóa hoàn toàn nếutrong hợp phần cao su có chứa các hợp chất mang tính axit [2]

1.4.1.2.2 Nhựa phenol - formaldehyt

Nhựa phenol - formaldehyt dùng để lưu hóa các loại cao su không chứa hoặcchứa rất ít liên kết đôi trong mạch, đặc biệt là cao su butyl

1.4.2 Chất xúc tiến lưu hóa

- Xúc tiến lưu hóa không gây hiện tượng tự lưu cho hỗn hợp cao su trong tất cảcác công đoạn sản xuấ

- Có dãi lưu hóa tối ưu rộng

- Tăng độ chịu oxi hóa của vật liệu, chỗng hiện tượng lão hóa của hỗn hợp cao su

- Không ảnh hưởng đến màu sắc của cao su màu

- Không gây độc đối với các sản phẩm dùng trong y tế, thực phẩm, không táchại cho con người

Bên cạnh đó người ta căn cứ vào từng loại su, các yêu cầu về công nghê giacông cao su, tính năng kỹ thuật của từng loại sản phẩm mà lựa chọn chất xúc tiến lưuhóa với hàm lượng thích hợp:

+ Đối với sản phẩm dày, cần thời gian lưu hóa dài thì chọn xúc tiến có tác dụngchậm Thông thường dùng loại xúc tiến guanidin hay sunfeamid.

+ Đối với sản phẩm mỏng như mặt lốp xe đạp thì người ra dùng xúc tiến nhanhnhư Dibenzothiazole disufide (DM), 2-Mercaptobenzothiazole (M).…

+ Cao su dùng trong y học, trong thực phẩm do yêu cầu không độc, không mùi

vị nên dùng xúc tiến thỉuram

+ Đồi với sản phẩm chịu nhiệt thường dùng xúc tiến Tetramethylthiurammonosulfide (TMTD)

1.4.2.2 Các loại chất xúc tiến

Thông thường người ta sử dụng hệ xúc tiến gồm hai hoặc ba loại xúc tiến nhằmnâng cao tính ưu việt của các loại xúc tiến khác nhau trong hợp phần cao su Các chấtxúc tiến được sử dụng trong xí nghiệp cán luyện [4]:

- Nhóm Guanidin: Xúc tiến Diphenylguanidine (D)

- Nhóm sulfenamid: Xúc tiến N-cyclohexyl-2-benzothiazole sunfenamide (CZ),xúc tiến N-Tertiarybutyl-2-benzothiazole sulfenamide (NZ), xúc tiến N-Dicyclohexylbenzothiazol-2-sulfenamide (DZ)

- Nhóm Thiazole: Xúc tiến Dibenzothiazole disufide (DM), xúc tiến Mercaptobenzothiazole (M)

2 NhómThiuram: Xúc tiến Tetramethyl thiuram disulfide (TMTD) Xúc tiếnTetramethylthiuram monosulfide (TMTD)

- Nhóm Thiocacbamat: Xúc tiến Zine diethyldithiocarbamate (EZ)

1.4.3 Chất trợ xúc tiến

1.4.3.1 Vai trò ý nghĩa

Chất trợ xúc tiến có vai trò nâng cao hiệu quả của xúc tiến lưu hóa, tao cho cao

su có tính năng kỹ thuật cao hơn

1.4.3.2 Phân loại

Có hai loại trợ xúc tiến:

Trợ xúc tiến vô cơ:

Thường sử dụng nhiều nhất là loại ZnO, là dạng bột màu trắng, ít độc, khônglàm đổi màu cao su màu, dễ tìm, giá rẻ, độ ổn định cao, không gây hiện tượng oxi hóa.Tác dụng hoạt hóa quá trình lưu hóa của ZnO còn hiệu quả hơn nếu có mặt một lượngkhông lớn các axit béo hữu cơ như axit stearic, axit oleic… do việc tạo thành phứcchất giữa ZnO, axit béo và xúc tiến lưu hóa

Trợ xúc tiến hữu cơ:

Phổ biến nhất là axit stearic có dạng phiến, mùi hắc Ngoài tác dụng trợ xúctiến, axit stearic có tác dụng làm mềm, phân tán than đen tạo điều kiện thuận lợi chothao tác luyện, cán tráng, ép đùn [2].

1.4.4 Chất hãm lưu

Trong quá trình gia công cao su thường xảy ra hiện tượng tự lưu làm giảm tínhchất cơ lý của cao su Để khắc phục tình trạng này ta thêm vào hỗn hợp cao su chấtphòng tự lưu để kéo dài thời gian vật liệu ở trạng thái cháy nhớt ở nhiệt độ gia côngnhưng không làm chậm tốc độ lưu hóa và tính năng cơ lý của sản phẩm [2]

Thường dùng là Vulkalent G (PLT1) Vulkalent G là chất dễ phân tán, nó phântán tốt ngay cả một lượng nhỏ, Vulkalent G không gây ảnh hưởng đến độ nhớt của cao

su, không gây rổ xốp và đặc tính của quá trình lưu hóa ít ảnh hưởng [1]

1.4.5 Chất độn

1.4.5.1 Vai trò và đặc điểm chung

Tùy thuộc vào bản chất của chất độn có thể tham gia vào từng hỗn hợp cao su

để mang lại các tính chất sau [1]:

- Tăng độ cứng

- Tăng lực kéo đứt nhất là đối với cao su tổng hợp

- Tăng tính mài mòn chịu nhiệt và tính năng cơ lý khác

- Giảm tính co rút của sản phẩm sau khi lưu hóa

- Cải thiện quá trình gia công

- Ngoại quan sản phẩm đẹp và đặc biệt là hạ giá thành sản phẩm

1.4.5.2 Đặc trưng

Tùy thuộc vào hàm lượng cao su mỗi loại chất độn đều có một hàm lượng sửdụng, nếu tăng lượng chất độn vượt quá giới hạn thì sẽ làm giảm tính năng cơ lý củasản phẩm do đó làm giảm khả năng sử dụng của sản phẩm Sự phân tán tốt chất độndẫn đến tăng tính năng cơ lý của sản phẩm, kích thước hạt chất độn hoặc diện tích bềmặt riêng của chất độn có ảnh hưởng lớn đến sự phân tán Khi giảm kích thước độn(tăng diện tích bề mặt riêng) thì diện tích tiếp xúc của phân tử cao su và chất độn tănglên dẫn đến sự phân tán tốt hơn Tuy nhiên khi giảm kích thước hạt quá nhỏ sẽ dẫn đếnhiện tượng vón cục chất độn làm giảm khả năng phân tán của chúng và làm giảm tínhnăng cơ lý của sản phẩm

1.4.5.3 Phân loại

- Phụ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm, chất độn có thể vô cơ hoặc hữu cơ

- Phụ thuộc vào ảnh hưởng của chất độn đên tính năng cơ lý của sản phẩm, chấtđộn được chia làm hai loại là chất độn hoạt tính và chất độn trơ

Độn hoạt tính: Than đen, than trắng (SiO2nH2O), là chất độn khi đưa vào hỗnhơp cao su thì làm tăng tính năng cơ lý, tính năng sử dụng của sản phẩm Độ mịn củathan đen càng cao thì hoạt tính càng lớn do diện tích tiếp xúc với cao su lớn, sản phẩm

có độ cứng cao và tính năng cơ lý tốt

Độn trơ: CaCO3, cao lanh, bột bào từ cao su, trong hỗn hợp cao su chất độn trơ

có tác dụng làm giảm tính co rút và hạ giá thành sản phẩm [1]

1.4.6 Chất phòng lão

Quá trình lão hóa là sự thay đổi ngoại quan, tính năng cơ, lý hóa của sản phẩm.Nguyên nhân chủ yếu của lão hóa là quá trình oxi hóa mạch cao su do tác động của oxikhông khí thâm nhập vào sản phẩm trong quá trình gia công như các muối hoặc oxitkim loại có hóa trị thay đổi Lão hóa còn phụ thuộc váo bản chất của vật liệu và các tácnhân khác thúc đẩy quá trình lão hóa như: nhiệt độ, moi trường, ánh sáng và các tácnhân cơ học khác

Một số chất phòng lão: parafin, hệ phòng lão Para – phenylene Diamine (6PPD,IPPD, DTPD) [2]

1.4.7 Chất làm mềm, hóa dẻo

Chất làm mềm cho vào cao su không tạo ra phản ứng hóa học với các phân tửcao su mà có tác dụng làm giảm lực hút giữa các phân tử, giúp cho hỗn hợp cao su trởnên mềm và giúp hóa chất phân tán đều hơn Ngoài ra nó còn giúp các phân tử trượtlên nhau, do đó tăng độ dẻo của hỗn hợp[2]

Một số chất làm mềm, hóa dẻo thông dụng:

- Sản phâm chế biến từ dầu mỏ: dầu parafin, dầu aromatic

- Sản phẩm của quá trình chưng cất than đá: nhựa Coumaron

- Sản phẩm có nguồn gốc từ thực vật: dầu Castor, nhựa thông

- Dầu hóa dẻo tổng hợp: dầu DBP (Dibutyl phthalate)

1.4.8 Chất tạo màu

Yêu cầu của chất tạo màu [2]:

- Không biến màu khi lưu hóa, khi gặp ánh sáng, không khí

- Có khả năng nhuộm màu lớn

- Không ảnh hưởng đến tính năng cơ lý của sản phẩm

- Không độc, không phun ra bề mặt sản phẩm

Một số chất tạo màu sử dụng trong xí nghiệp cán luyện: Fe2O3 (màu cam), TiO2

(màu trắng)

1.4.9 Chất chống dính, cách ly

Sử dụng làm chất cách ly cho cao su bán thành phẩm, giúp dễ dàng di chuyển

và sử dụng khi phải lưu kho một lượng cao su bán thành phẩm trong thời gian dài vàliên tục

- Bột talc: 3MgO.4SiO2.H2O là dạng bột màu trắng đục, được sử dụng để làmcách ly trong các công đoạn lồng ống lõi săm, nối ống săm Có thể sử dụng làm chấtđộn

- Promol: Dạng bột, màu trắng sử dụng cách ly trong cán luyện [2]

1.4.10 Chất tăng dính

Là chất cho vào hỗn hợp cao su, trong quá trình lưu hóa, các chất này phản ứng

để tạo ra các liên kết hóa học hoặc vật lý giữa cao su với bề mặt các vật liệu khác như

sợ vải, sợi kim loại,

Một số chất tăng dính như muối Cobalt, nhựa tăng dính [2]

1.5 Lưu hóa cao su

Lưu hóa là công đoạn cuối cùng của công nghệ gia công cao su Trong quá trìnhlưu hóa tính chất mềm dẻo, chảy nhớt của hỗn hợp cao su dần dần giảm, thay vào đó làtính chất đàn hồi cao của hỗn hợp cao su dần dần tăng

Trong thành phần của hỗn hợp cao su luôn có mặt một hàm lượng cần thiếtnhóm các chất lưu hóa Cùng với thời gian lưu hóa các chất lưu hóa tham gia vào phảnứng với các nhóm, các đoạn mạch hoạt tính của mạch đại phân tử, chuyển hỗn hợp cao

su từ trạng thái chảy nhớt sang trạng thái không chảy nhớt, không hòa tan, từ cấu trúcmạch thẳng sang cấu trúc không gian Các tính chất cơ lý của hợp phần cao su phụthuộc vào mức độ khâu mạch của quá trình lưu hóa Mức độ khâu mạch của đại phân

tử lại phụ thuộc vào nhiệt độ của quá trình lưu hóa, thời gian tiến hành lưu hóa và bảnchất hóa học của hệ thống lưu hóa cũng như loại cao su để lưu hóa Chính vì vậy đểnhận được hợp phần cao su có những đặc trưng xác định cho trước không những phảilựa chọn loại cao su thích hợp mà còn phải tiến hành công nghệ lưu hóa thích hợp

1.5.1 Đặc tính lý thuyết lưu hóa

2.5.1.1 Giai đoạn khởi đầu

Khởi đầu quá trình lưu hóa có thể hiểu đó là thời điểm khi hỗn hợp cao su bắtđầu có độ cứng tăng, hỗn hợp cao su dần dần mất khả năng chảy khi nhiệt độ tăng

Thời điểm xuất hiện những thay đổi này phụ thuộc vào mức độ hoạt động hóahọc hệ xúc tiến lưu hóa được lựa chọn trong hợp phần cao su Thời gian hoạt hóa của

hệ thống lưu hóa được gọi là thời gian cảm ứng lưu hóa Để đảm bảo cho cao su đươclưu hóa đồng đều, các lớp cao su ngoài (tiếp xúc với mặt khuôn) thường được lưu hóabằng hệ thống lưu hóa không có chu kỳ cảm ứng Các lớp cao su ở giữa được lưu hóabằng hệ thống lưu hóa không có chu kỳ cảm ứng lưu hóa

Hệ thống lưu hóa không có thời gian hoạt hóa trễ thường gây nhiều khó khănkhác nhau cho công nghệ gia công cao su

1.5.1.2 Giai đoạn lưu hóa tối ưu

Giai đoạn lưu hóa tối ưu là khoảng thời gian lưu hóa mà trong đó có thể nhậnđược giá trị cực đại một trong số các tính chất đặc trưng cho hỗn hợp cao su hoặc mộtphần cao su với tập hợp tối ưu các tính chất cơ lý đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật củasản phẩm

Quá trình lưu hóa các sản phẩm cao su thường được tiến hành ở một nhiệt độxác định phụ thuộc vào bản chất hóa học của cao su trong hợp phần và mức độ hoạtđộng hóa học của hệ xúc tiến dùng để lưu hóa cao su đó: Cùng với thời gian lưu hóamật độ mạng lưới không gian tăng làm cản trở khả năng va chạm các cấu tử vì thế vậntốc khâu mạch giảm dần Khoảng thời gian lưu há mà trong đó các tính chất cơ lý,tính năng kỹ thuật của hợp phần cao su ít thay đổi được gọi là dải lưu hóa tối ưu củaquá trình lưu hóa Độ lớn của dải lưu hóa tối ưu rõ ràng phụ thuộc vào tính bền nhiệtcủa các liên kết cầu nối

Trong quá trình lưu hóa cao su bằng lưu huỳnh để tạo được dãi lưu hóa tối ưulớn và hợp phần cao su chịu nhiệt cao cần phải thưc hiện quá trình lưu hóa sao cho tạođược liên kết khâu mạch là các cầu nối monosunfid hoặc disunfid

Độ lớn dải lưu hóa tối ưu có thể tạo được nếu trong hợp phần cao su sử dụng hệthống lưu hóa có khả năng duy trì hoạt tính trong thời gian lớn

1.5.1.3 Giai đoạn quá lưu

Giai đoạn quá lưu là khoảng thời gian lưu hóa sau dải lưu hóa tối ưu Trong giaiđoạn này các tính chất của hợp phần cao su thay đổi theo hướng khác nhau Ở giaiđoạn quá lưu tính năng kỹ thuật và tính năng sử dụng của hợp phần cao su đều suygiảm vì vậy giai đoạn quá lưu là khoảng thời gian không mong đợi, nó những làmgiảm khả năng sản xuất của thiết bị lưu hóa theo nhiệt lượng và gây nhiễm độc chomôi trường sản xuất do các khi thoát tra trong quá trình phân hủy…

1.5.2 Vận tốc lưu hóa

1.5.2.1 Mở đầu

Vận tốc lưu hóa là một trong số các yếu tố quan trọng quyết đinh độ lớn củathời gian lưu hóa Giá trị số của vận tốc lưu hóa là đại lượng nghịch đảo của thời gianlưu hóa cần thiết để nhận được hợp phần cao su với những tính năng kỹ thuật tối ưu

Trong hệ thống lưu hóa nhóm cacbamat, thiuram thì vân tốc thức của quá trìnhlưu hóa được đánh giá bằng đại lượng nghịch đảo của thời gian lưu hóa là đại lượngtương đương với thời gian khâu mạch trong quá trình lưu hóa Đối với hệ xúc tiến lưuhóa có chu kỳ cảm lưu hớn thì vân tốc lưu hóa được xác định như vậy lại có giá trị nhỏhơn vận tốc khâu mạch thực rất nhiều vì trong chu kỳ cảm ứng lưu quá trình khâumạch hầu như không xảy ra

Trong sản xuất thường sử dụng giá trị vận tốc lưu hóa trung bình là đại lượng tỷ

lệ nghịch với thời gian lưu hóa cần thiết để nhận được sản phẩm lưu hóa với tính năng

kỹ thuật tốt nhất Để đánh giá mức độ hoạt động hóa học của các hệ thống lưu hóa vậntốc lưu hóa thực được xác định là đại lượng nghịch đảo của thời gian kể từ thời điểmxuất hiện quá trình khâu mạch đến thời điểm kết thúc quá trình khâu mạch Lưu hóa làquá trình hóa học xảy ra dưới tác dụng của nhiệt độ vì vậy vân tốc của pharn ứng khâumạch phụ thuộc vào nhiệt độ và năng lượng hoạt hóa phản khâu mạch [2]

1.5.2.2 Sự phụ thuộc vận tốc lưu hóa vào nhiệt độ

Hằng số vận tốc được xác định bằng phương trình Arenius dạng:

T – Nhiệt độ tuyệt đối

Mức độ phụ thuộc vận tốc lưu hóa được xác định bằng năng lượng hoạt hóa quátrình lưu hóa

Năng lượng hoạt hóa E cho quá trình lưu hóa có thể chấp nhận giá trị trung bìnhcủa năng lượng hoạt hóa các quá trình hóa học xảy ra trong quá trình lưu hóa vì chưaxác định một cách chính xác phản ứng nào trong số các phản ứng xảy ra là giới hạnchung cho quá trình lưu hóa

Lấy logarit cơ số 10 cho phương trình Arrenius ta có:

P◦ - Độ dẻo ban đầu của cao su

P – Độ dẻo cao su sau sơ luyện

Cũng trong thời gian đó cùng với sự tăng nhiệt độ, năng lượng chuyển độngnhiệt các phần tử trong khối cao su tăng lên đủ để kích thước các quá trình oxy hóaxảy ra

Đứt mạch do kết quả quá trình oxy hóa tăng và độ dẻo của cao su tăng Như vậycùng với nhiệt độ tăng trong cao su xuất hiện đồng thời 2 hiện tượng có tác dụng đốingược nhau đến quá trình sơ luyện

1.5.3 Sự thay đổi tính chất của hợp phần cao su trong quá trình lưu hóa [2]

1.5.3.1 Modul

Trong hỗn hợp cao su “sống” các phân tử, các mạch đại phân tử polymer chưađược định vị vì vậy chúng có thể chuyển dịch tương đối với nhau Trong quá trình lưuhóa số lượng cầu nối liên kết ngang các mạch đại phân tử tăng, lực cần thiết để vật liệubiến dạng là tổng của lực để đảm bảo sự quay trong mạch đại phân tử và lực biến dạngcác góc liên kết hóa trị tăng Lực biến dạng này thường gọi là modun của vật liệu đểđạt được đại lượng biến dạng cho trước

Giá trị modun tỉ lệ nghịch với khối lượng phân tử trung bình do đó cùng vớiquá trình lưu hóa mức độ khâu mạch tăng, khối lượng phân tử trung bình đoạn mạchgiảm và modun tăng.

1.5.3.2 Độ cứng

Trong quá trình lưu hóa cùng với thời gian lưu hóa, mức độ khâu mạch độ cứngcủa cao su lưu hóa tăng Tăng độ cứng của hợp phần cao su có thể giải thích bằng sựtăng số lượng liên kết ngang làm cố định các mạch đại phân tử Mạch đại phân tử mất

độ linh động và giảm khả năng biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực

1.5.3.3 Độ bền kéo đứt

Cùng với mức độ khâu mạch tăng ở giai đoạn đầu độ bền kéo dứt dần dần tăng

và đạt giá trị cực đại Sau đó độ bền kéo đứt của vật liệu giảm dần đến giá trị cực tiểunào đó Nếu tiếp tục tăng mức độ khâu mạch nhận được sản phẩm có độ cứng lớn vàmột lần nữa độ bền kéo đứt của vật liệu lại tăng lên Sự thay đổi độ bền kéo đứt củahợp phần cao su phụ thuộc làm hàm lượng lưu huỳnh tham gia vào liên kết khâu mạchcho các loại cao su khác nhau thì khác nhau

1.5.3.4 Biến dạng dãn dài tương đối, biến dạng dư

Khi mật độ khâu mạch đạt giá trị lớn (hàm lượng lưu huỳnh liên kết khoảng25% đến 30%) hợp phần cao su có độ cứng lớn các mạch đại phân tử hoàn toàn được

cố định bằng các liên kết khâu mạch dưới lực tác dụng cơ học đại lượng biến dạngtổng cộng vô cùng nhỏ bé

Biến dạng dư: Khi mật độ mạng lưới không gian tăng (mức độ lưu hóa cao) cácliên kết khâu mạch không gian ngăn chặn quá trình chảy trượt các mạch đại phân tử vìthế đạilượng biến dạng dư nhỏ

1.5.3.5 Đàn tính

Đàn tính hay biến dạng đàn hồi cao của cao su được hình thành bởi sử thay đổithuận nghịch vị trí sắp xếp các đoạn mạch phân tử, các phân tử khác nhau của mạchđạt phân tử dưới tác dung của ngoại lực không lớn

Đàn tính của hợp phần cao su phụ thuộc vào mật độ mạng lưới không gian.Trong vùng quá lưu của quá trình lưu hóa do liên kết khâu mạch nhiều, hợp phần cao

su lưu hóa trở nên cứng, dòn, biến dạng của hợp phần cao su mang đặc trưng biếndạng đàn hồi tuyệt đối vì vậy đàn tính của hợp phần cao su mang đặc trưng đàn tínhcủa vật thể rắn

1.5.4 Sự phụ thuộc tính chất cao su lưu hóa vào cầu trúc cầu nối mạng lưới không gian

Đồng thời với mức độ khâu mạch trong cao su lưu hóa, cấu trúc và bản chất hóahọc của cầu nối cũng có ý nghĩa nhất định làm ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của hợpphần cao su

Hợp phần cao su có cầu nối là các liên kết polysunfid có mạch phân tử linhđộng hơn nên dưới tác dụng lực cơ học chúng dễ dàng xắp xếp lại, định hướng lại theochiều tác dụng nên độ bền kéo đứt thường cao hơn Xem lại đúng không?

Đối với cùng một loại cao su giá trị độ bền kéo đứt nhỏ nhất trong trường hợpcác cầu nối mạch đại phân tử là cầu nối loại C-C Mặc dù năng lượng cầu nối C-C lớnhơn C-Sx-C nhưng vì C-C là cầu nối cứng không cho phép mạch đại phân tử địnhhướng lại theo chiều tác dụng lực để san bằng ứng suất nên trong trường hợp này cácmạch phân tử chịu tải trọng khác nhau, xuất hiện hiện tượng quá tải trong một số mạchnên độ bền kéo đứt nhỏ Hợp phần cao su lưu hóa phụ thuộc vào cấu trúc các cầu nốiphân tử Cầu nối với số nguyên tử lưu huỳnh nhỏ hạn chế đàn tính của cao su đặc biệt

ở nhiệt độ thấp Ảnh hưởng của cấu trúc cầu nối có thể tổng kết lại như sau: Trong hợpphần cao su với cầu nối ngắn (C-C; C-Sx-C) các đặc trưng kỹ thuật như: biến dạng dư,

độ bền nhiệt, độ bền xé rách có xu hướng tốt hơn

1.6 Công nghệ luyện cao su

1.6.1 Lý thuyết luyện cao su

Yêu cầu luyện cao su :

- Giảm độ nhớt của cao su Từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình giacông tiếp theo

- Các hợp chất cho vào phải phân tán đều trong hôn hợp, không xảy ra hiệntượng tự lưu, hỗn hợp không bị cắt xé nhiều làm ảnh hưởng đến tính năng cơ lý củasản phẩm

1.6.2 Quy trình luyện cao su

Cao su Độn hoạt tính, dầu hóa dẻo

Chất phòng lão, chất hóa dẻo, độn trơ, trợ xúc tiến, chất tăng dính

BTP cao su giai đoạn I

Chất lưu hóa, chất xúc tiến, chất hãm lưu

Hình 1.2 Sơ đồ giai đoạn II quy trình luyện cao su

Thuyết minh quy trình luyện:

Cao su được cân ở băng tải cân, hóa chất (chất trợ xúc tiến, chất phòng lão, chấthóa dẻo, chất tăng dính, chất độn trơ) đã được cân ở phòng cân hóa chất được đưađến băng tải chờ để luyện giai đoạn I và người vận hành tiến hành cân mẻ tiếp theo.Chất độn hoạt tính, dầu hóa dẻo được cân tự động trên xylô và bơm xuống điểm chờ.Sau khi mẻ trước luyện xong thì nguyên vật liệu trên băng tải chờ được đưa vào máyluyện kín qua cửa nạp liệu, chất độn hoạt tính và dầu hóa dẻo lần lượt được bơm vàobuồng luyện Nhiệt độ luyện giai đoạn I từ 145-150℃ (tùy vào mỗi BTP), áp suất 6bar, thời gian luyện tùy vào mỗi BTP Nhiệt độ xả từ 95-105℃ Sau khi qua máy

luyện kín, hỗn hợp được thả xuống máy luyện hở (dây chuyền 2 là mấy ép đùn 2 trụcvít/đầu xuất tấm) để tiếp tục luyện và xuất tấm Trong quá trình luyện để cho phụ giaphân tán tốt và cao su mau đạt độ dẻo thì cho cao su qua trục đảo để tiến hành đảo su.Sau khi su đã bám trục và láng mặt thì tiến hành cắt su xuất tấm cho qua dung dịchcách ly và dàn làm mát.

Quy trình luyện trên máy luyện hở phải tuân thủ theo các qui trình kỹ thuật sau:

- Nhiệt độ trục luyện: Trục trước từ 55 ÷ 65℃, trục sau từ 50 ÷55℃

- Nhiệt độ cao su ra khoảng 60 - 90℃

- Cự ly trục luyện khoảng: 10 ÷12 (mm)

Với các loại BTP thông thường chỉ cần luyện hai giai đoạn, nhưng đối với cácloại BTP dành cho mặt chạy, đế lốp lốp đặc chủng, ô tô thì có thêm giai đoạn chuyểnđoạn Giai đoạn chuyển đoạn sử dụng su BTP luyện ở giai đoạn I đã để ổn định trong

8 giờ, nhiệt độ luyện từ 145-150℃ (tùy vào mỗi BTP) Giai đoạn cuối cùng được tiếnhành sau khi cao su BTP luyện ở giai đoạn trước đó để ổn định 8 giờ, nhiệt độ khoảng

100 -110℃ (tùy vào mỗi BTP) Ở giai đoạn này chất lưu hóa, chất xúc tiến, phòng

tự lưu được cho vào, nhiệt độ xả từ 95-105℃, ở nhiệt độ này chất lưu hóa phân tán tốt

và hạn chế xảy ra hiên tượng tự lưu.Hỗn hợp sau khi luyện ở máy luyện kín được đưaqua máy luyện hở (dây chuyền 2 là máy ép đùn 2 trục vít/đầu xuất tấm) để luyện tiếp

và xuất tấm sau đó đưa qua dung dịch cách ly và lên dàn làm mát nhưng cần chú ýkhông để cao su trên máy luyện hở lâu rất đễ gây ra tự lưu

Tất cả BTP để ổn định trên 8 giờ được lấy mẫu kiểm tra nhanh, theo quy định

cứ mỗi pallet thì lấy mẫu ở 3 vị trí khác nhau để kiểm tra, các chỉ tiêu kiểm tra gồm:

- Độ nhớt Mooney cho cao su luyện giai đoạn 1, giai đoạn chuyển đoạn( nếu có)

- Độ nhớt Mooney, điểm lưu hóa Rheometer (ts1, tc90), độ cứng, độ phân tán, thời gian gia công t5 cho BTP giai đoạn 2

Tiêu chuẩn kiểm tra các loại cao su BTP hiện hành đã được qui định theo tiêu chuẩn kiểm tra nhanh do phòng KTCN ban hành Chỉ có các loại BTP đạt các chỉ tiêu kiểm tra nhanh mới được xuất cho các công đoạn sau Đối với các BTP không đạt thì phải xử lý, cách xử lý tùy theo chỉ tiêu không đạt, sau khi xử lý cũng phải kiểm tra cácchỉ tiêu trên